CN103419664A - 电动汽车、电动汽车的动力系统及电池加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车的动力系统，包括电池组、电池加热器、电池管理器、配电箱、电机、电机控制器和隔离电感。电池加热器与电池组相连；电池管理器分别与电池组和电池加热器相连，用于在电池组的温度低于第一加热温度阈值且剩余电量高于行车电量阈值后控制电池加热器为电池组加热并实时地获取电动汽车油门深度变化速率；配电箱用于对电池组输出的电压进行分配；电机控制器与电机和配电箱相连，具有第一输入端、第二输入端和连接在第一输入端和第二输入端之间的预充电容；隔离电感需要与所述预充电容匹配。该动力系统能够实现加热，加热效率高、成本低、实用性强。本发明还提出一种电动汽车的电池加热方法和一种电动汽车。

Description

电动汽车、电动汽车的动力系统及电池加热方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车的电池加热方法以及采用该方法的电动汽车的动力系统、一种具有该动力系统的电动汽车。

背景技术

随着科技的不断发展，新能源汽车尤其是纯电动车作为一种代步工具，正慢慢地进入每一个家庭，用户对汽车的性能要求特别是对舒适性的要求越来越高，这就要求车辆必须适应不同的行车需求。然而现阶段大部分的纯电动车显然无法满足这种要求，特别是在寒冷的冬天，温度过低，动力电池的性能下降，无论是在放电能力上，还是在电池容量上都会有所下降，甚至不能使用。具体地说，动力电池尤其是锂离子电池的一般工作温度为-20℃到55℃，电池在低温下不允许充电。在环境温度过低时，电动车内部电池会出现如下问题：（1）低温下，锂离子容易在负极沉积，失去电活性，甚至可能引发安全问题。因此，车辆以及电池包经常在低温下使用，会极大损害电池包寿命，更严重时可能会有安全隐患。（2）低温下，锂离子电池充电时，锂离子容易在负极沉积，变成死锂，电池能发挥的容量显著下降，并且在不断使用的过程中，这些沉积锂越长越大，甚至可能引发内部短路，造成安全隐患。这是车辆不能在低温下充电（包括回馈）的原因。（3）低温下，电池的放电能力有限，不利于行车。这些问题对标榜新能源绿色环保的纯电动车来说，无疑是非常尴尬的事情。因此对能够改变这种窘境的动力电池加热方案的呼声越来越高。

电池加热方案在纯电动汽车领域是一种非常重要的技术。电池加热策略的好坏以及电池加热器性能的优劣直接影响到汽车的舒适性、操作稳定性和安全性。目前，有很多新型技术开始运用到蓄电池加热上来，但由于自身的性能缺陷，并没有在汽车领域得到广泛的运用。如在电池外部加保温套，通过保温材料进行隔热保暖，但这只是起到隔热效果，并没有起到加热的作用；还有就是使用红外辐射膜给电池加热，然后在电池外部加保温套，以起到保温作用；又或者在电池外表面附加加热贴片等。这些方案大都是利用外部庞大的加热设备和电源给电池加热，因此这些方案仅适合于电池位置固定的实例。而对于纯电动车，附加庞大的加热系统，增加了整车的重量，从而增加了汽车的能耗。另外，使用外部电源使纯电动汽车的电池加热具有局限性，不适用于位置不固定的汽车。因此，这些加热技术并没有在纯电动汽车上得到广泛地应用。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种电动汽车的动力系统，该系统无需外加电源，加热所需电量完全由自身动力电池提供，大大降低了电动汽车在低温环境使用的限制，加热效率还高并且成本较低、实用性强。本发明第二个目的在于提出一种具有上述动力系统的电动汽车。本发明的另一个目的还在于提出一种电动汽车的电池加热方法。

为达到上述目的，本发明第一方面的实施例公开了一种电动汽车的动力系统，包括：电池组；电池加热器，所述电池加热器与所述电池组相连，且所述电池加热器被构造成为对所述电池组进行充放电以对所述电池组进行加热；电池管理器，所述电池管理器分别与所述电池组和所述电池加热器相连，用于在所述电池组的温度低于第一加热温度阈值且所述电池组的剩余电量高于行车电量阈值之后，控制所述电池加热器为所述电池组加热，并实时地获取所述电动汽车的当前油门深度变化速率，以及在所述当前油门深度变化速率达到了预设阈值之后，控制所述电池加热器停止对所述电池组进行加热；配电箱，所述配电箱用于对所述电池组输出的电压进行分配；电机；电机控制器，所述电机控制器分别与所述电机和所述配电箱相连，且所述电机控制器具有第一输入端、第二输入端、和连接在所述第一输入端和第二输入端之间的预充电容，所述电机控制器用于根据控制指令和所述配电箱分配的电压为所述电机供电；以及隔离电感，所述隔离电感连接在所述电池组和所述配电箱之间，且所述隔离电感的电感与所述电机控制器的所述预充电容匹配。

根据本发明实施例的电动汽车的动力系统，利用车上电池组中的动力电池大电流放电，电池自身内阻发热，达到给电池组加热的目的。该动力系统无需外加电源，加热所需电量完全由本身电池组的动力电池提供，通过电池管理器和电池加热器对电池组进行加热管理，大大降低了电动汽车在低温环境使用的限制，能满足客户在低温时行车和充电要求。此外，该动力系统对动力电池直接加热，加热效率更高，成本较低，实用性强。

本发明第二方面的实施例公开了一种电动汽车，包括上述的电动汽车的动力系统。该车辆能够在寒冷的地区正常行驶，并且能够一边行车，一边对电池组进行加热，从而保证安全顺利行车。

本发明第三方面的实施例公开了一种电动汽车的电池加热方法，包括以下步骤：

检测所述电池组的温度和所述电池组的剩余电量；

如果所述电池组的温度低于第一加热温度阈值且所述电池组的剩余电量高于行车电量阈值，则所述电池管理器控制所述电池加热器为所述电池组加热，并实时地获取所述电动汽车的当前油门深度变化速率，以及在所述当前油门深度变化速率达到了预设阈值之后，控制所述电池加热器停止对所述电池组进行加热；

如果所述电池组的温度低于所述第一加热温度阈值且所述电池组的剩余电量低于所述行车电量阈值，则所述电池管理器发出禁止所述电动汽车加热、行驶或充电的提示；

如果所述电池组的温度高于所述第一加热温度阈值，则所述电池管理器控制所述配电箱中的主接触器闭合。

根据本发明实施例的电动汽车的电池加热方法，能够使纯电动汽车不依靠外部电源而实现对电池组动力电池的加热，使电池组温度上升到所需温度，再按照正常的放电和充电策略使用电池组，大大降低了电动汽车在低温环境使用的限制，能满足客户在低温时行车和充电要求。此外，本发明实施例的方法通过采样电动汽车的油门深度变化速率，判断电池组的输出功率是否过大，从而在电池组的输出功率过大时停止对电池组加热，由此避免电池组的电量过放，提高了电池组使用寿命且保证了电动汽车的动力性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的电动汽车的动力系统的结构示意图；

图2为根据本发明另一个实施例的电动汽车的动力系统的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的电动汽车的动力系统的电气原理图；

图4为根据本发明另一个实施例的电动汽车的动力系统的电气连接示意图；

图5为根据本发明一个实施例的电动汽车的动力系统的电气连接示意图；

图6为根据本发明实施例的电动汽车的动力系统中配电箱的结构示意图；

图7为根据本发明一个实施例的电动汽车的电池加热方法的流程图；

图8为根据本发明一个实施例的电动汽车的电池加热方法的具体流程图；和

图9为根据本发明一个实施例的电动汽车的电池加热方法的进一步流程图；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照图1至图6描述根据本发明第一方面实施例的电动汽车的动力系统。

参照图1和图2，该电动汽车的动力系统包括：电池组101、电池加热器102、电池管理器103、配电箱104、电机105、电机控制器106和隔离电感L2。其中，电池加热器102与电池组101相连，电池加热器102被构造成为对电池组101进行充放电以对电池组进行加热。电池管理器103通过CAN线107与电池加热器102相连，同时还通过采样线108与电池组101相连，具有对电池进行温度采样、电压采样、对电池组101输出电流采样的功能。此外，电池管理器103还具有判断电动汽车的当前车辆状态、计算电池组101的温度和剩余电量功能，并可通过CAN线107把控制信号发送给相关的电气器件，以实现对各相关器件的功能管理。具体地说，电池管理器103用于在电池组101的温度低于第一加热温度阈值且电池组101的剩余电量高于行车电量阈值之后，控制电池加热器102为电池组101加热，并实时地获取电动汽车的当前油门深度变化速率，以及在当前油门深度变化速率达到了预设阈值之后，控制电池加热器102停止对电池组101进行加热。如果电动汽车的当前油门深度变化速率低于预设阈值时，电池管理器103则控制电池加热器102继续对电池组101进行加热。可以理解的是，油门深度变化速率是根据在一定时间内电动汽车的油门深度变化值而定，也就是说，驾驶员根据在一定时间内油门深度的变化来控制电池加热器是否对电池组进行加热。配电箱104是一个通断大电流的高压器件，电池管理器103通过发送控制信号给配电箱104来达到对电池组101输出的电压进行分配的目的。电机控制器106分别与电机105和配电箱104相连，且电机控制器106具有第一输入端、第二输入端和连接在第一输入端和第二输入端之间的预充电容C2，电机控制器106用于根据控制指令和配电箱104为电机控制器分配的电压为电机105供电。具体地说，电机控制器106通过其内部的驱动电路把电池组101提供的直流电逆变成电机105所需的三相交流电以给电机105供电，并可根据电池管理器103所发送的控制信号，实现对电机的控制。隔离电感L2连接在电池组101和配电箱104之间，且隔离电感L2的电感与电机控制器的预充电容C2相匹配。

行车加热具体是指除了电池加热器给电池组加热之外，电动汽车的其它高压用电设备也能同时工作，例如电机、空调等，但电机和空调会被限功率运行。对应地，停车加热是指除了电池加热器给电池组加热之外，电动汽车的其它高压用电设备不工作，例如加热器工作时，电机、空调等高压用电设备不工作。相应地，行车电量阈值是指允许电动汽车进入行车加热模式时电池组的剩余电量，而停车电量是指允许电动汽车进入停车加热模式时电池组的剩余电量。

在本发明的一个实施例中，电池加热器102进行故障自检后将检测结果发送至电池管理器103。

具体地说，如图3所示，电池加热器包括：第一开关模块301、第一电容C1、第一电感L1和第二开关模块302。其中，第一开关模块301的一端分别与电池组101的第一电极和隔离电感L2相连；第一电容C1的一端与第一开关模块301的另一端相连，且第一电容C1的另一端与电池组101的第二电极相连；第一电感L1的一端与第一开关模块301和第一电容C1之间的节点相连；第二开关模块302的一端与第一电感L1的另一端相连，且第二开关模块302的另一端与电池组101的第二电极相连。第一开关模块301和第二开关模块302的控制端均与电池管理器103相连，在对电池组101加热时，电池管理器103发送信号给电池加热器102，电池加热器102控制第一开关模块301和第二开关模块302依次导通以在上述电池组中依次产生充电电流和放电电流，且在第一开关模块301导通时第二开关模块302关闭，在第二开关模块302导通时第一开关模块301关闭。

进一步地，如图3所示，电池组101中ESR为电池组等效内阻，ESL为电池组等效电感，E为电池包。L2为隔离电感，用于将电池加热电路Part2与电动机等效负载电路Part5相隔离，这样电池组101的反电压就被隔离电感L2所吸收，不会加到后级负载。C2为预充电容，R为电动机等效负载。电池加热器工作时，其内部开关模块按照一定的时序闭合和关断。

在本发明的一个示例中，如图3所示，开关模块可以为IGBT（Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）。当加热开始时，内部元器件如电感、电容都处于初始状态，并没有储存能量，电池加热器工作流程包括：（1）IGBT1导通，IGBT2关断时，电池包E通过回路“C1-D1-ESL-ESR-E-C1”对第一电容C1进行充电，当充电进行到一段时间后，第一电容C1两端的电压与电池包E的电压相等，但由于电路中存在感性元件，使第一电容C1继续充电，第一电容C1两端电压比电池包E电压高，当充电电流为零时，第一电容C1开始放电，此时放电回路为“C1-D1-ESL-ESR-E-C1”，直到放电电流为零。（2）IGBT1关断，当IGBT2导通时，第一电容C1继续放电。其中存在放电回路为“C1-D2-L1-IGBT2-C1”。由于第一电感L1的存在，第一电容C1继续放电，使第一电容C1两端电压低于电池包E电压。如此重复上述过程。

根据本发明实施例的电动汽车的动力系统，当第一开关模块301导通时，若不加入隔离电感L2，则预充电容C2通过第一开关模块301对第一电容C1进行充电，充电电流大小由回路中阻抗决定，致使第一电容C1电流波形不可控，加热电路特性被改变，因而导致电路不能正常工作。因此当电机105与电池加热器102同时工作时，需加入隔离电感L2。

在本发明的一个实施例中，隔离电感L2的电感值L根据以下公式确定：其中，T为电机的等效负载工作周期，C为预充电容C2的电容值。

在本发明的一个实施例中，电池加热器102还包括动力接插件，用于连接并固定动力线109。该动力接插件需要满足防涡流要求，并且由于电池加热器102工作期间电流变化频率非常快，导致动力接插件内部的磁导材料温升很快，因此动力接插件的磁导率要低。此外，电池加热器102也包括一个低压接插件，用于与外系统进行连接并通讯，其中包括用于连接电池管理器103的CAN线107以及自检信号线和故障信号线。

参照图2和图4，在本发明的一个实施例中，隔离电感L2放置在电池加热器102内部。如图4所示，电池加热器102内部包括隔离电感L2、保险401以及加热器自身用电器件。此外，电池加热器102还包括四个动力接插件，其中两个通过动力线109与电池组101相连，另外两个动力接插件通过动力线109与配电箱104相连，如图2所示。在本发明的一个实施例中，动力接插件用于高压线束的始端和末端。

根据本发明实施例的电动汽车的动力系统，隔离电感L2安装在电池加热器102内部，其优点是当不需要电池加热时，可把电池加热器102整个拆下，直接使配电箱104与电池组101相连。在气温较高的地方电动汽车无需外加电池加热器，而在寒冷的地方，则安装电池加热器，因此在车型开发时无需为适应销售地区而作太多的更改，大大有利于节省成本。

参照图1和图5，在本发明的另一个实施例中，如图5所示，隔离电感L2还可放置在配电箱104内部。可以理解的是，隔离电感L2不管是放置在电池加热器内还是配电箱内，它都介于电池组和配电箱之间。如图1所示，配电箱104和电池加热器102之间没有动力线连接，具体地说，电池组101包括四个动力接插件，通过两根动力线112与配电箱104相连，再通过另外两根动力线112与电池加热器102相连。但是，需要增加一个继电器501，作为隔离电感L2的通断装置以对是否将隔离电感L2接入电路进行选择，如图5所示。电池加热器102与配电箱104之间是并联关系。此外，保险401安装在电池组101内部。

根据本发明实施例的电动汽车的动力系统，隔离电感L2安装在配电箱104内部，其优点是配电箱104所受电池加热器102的影响大大减少。此外，在电池加热时，继电器501把隔离电感L2接入电路；当电池不加热时，继电器501把隔离电感L2移出电路。

在本发明的一个实施例中，参照图1、图2和图3，电动汽车的动力系统中的电池加热器102还包括冷却组件110，用于对电池加热器102中的第一开关模块301和第二开关模块302进行冷却。

在本发明的一个实施例中，冷却组件110进一步包括设置在电池加热器中的风道和设置在风道一端的风扇。电池加热器采用风扇进行散热。

在本发明的另一个实施例中，冷却组件110进一步包括设置在电池加热器中的冷却液通道以及设置在电池加热器上的冷却液进口和冷却液出口。

采用冷却液进行散热的电池加热器，散热效果好，并且密封性能优。

在本发明的一个实施例中，如图6所示，电动汽车的动力系统中的配电箱104进一步包括：主接触器601和预充接触器602。其中，主接触器601用于在电池管理器103的控制下将配电箱104的输出电压分配至电动汽车的用电设备，如电机105等。预充接触器602与电机控制器106的第一输入端603和第二输入端604其中之一相连，在本实施例中，如图6所示，预充接触器602与第一输入端603相连。可以理解的是，预充接触器602在其他的实施例中也可以与第二输入端604相连。预充接触器602用于在电池管理器103的控制下，在电机控制器106控制电机105启动之前，为预充电容C2充电。

根据本发明实施例的电动汽车的动力系统，利用车上电池组大电流放电，动力电池自身内阻发热，达到给电池组加热的目的。该动力系统无需外加电源，加热所需电量完全由本身电池组提供，通过电池管理器和电池加热器对电池组进行加热管理，大大降低了电动汽车在低温环境使用的限制，且能够实现电动汽车边行车边加热，即可在电池加热的同时能满足电动汽车限功率运行，满足客户在低温时行车和充电要求。此外，该动力系统对电池直接加热，加热效率更高，成本较低，实用性强，容易实行产业化。

本发明第二方面的实施例公开了一种电动汽车，包括上述的电动汽车的动力系统。该车辆能够在寒冷的地区正常行驶，并且能够一边行车，一边对电池组进行加热，从而保证安全顺利行车。

下面参照图7至图9描述根据本发明第三方面实施例的电动汽车的电池加热方法。

如图7所示，电动汽车的电池加热方法包括以下步骤：

步骤S701：检测电池组的温度和电池组的剩余电量；

步骤S702：如果电池组的温度低于第一加热温度阈值且电池组的剩余电量高于行车电量阈值，则电池管理器控制电池加热器为电池组加热，并实时地获取电动汽车的当前油门深度变化速率，以及在当前油门深度变化速率达到了预设阈值之后，控制电池加热器停止对电池组进行加热；

步骤S703：如果电池组的温度低于第一加热温度阈值且电池组的剩余电量低于行车电量阈值，则电池管理器发出禁止电动汽车加热、行驶或充电的提示；

步骤S704：如果电池组的温度高于第一加热温度阈值，则电池管理器控制配电箱中的主接触器闭合。

具体地，在本发明的一个实施例中，如图8所示，电动汽车的电池加热方法包括以下步骤：

步骤S801：整车上ON电。

步骤S802：检测电池组的温度。电池管理器开始检测电池组的当前温度。

步骤S803：电池管理器判断电池组温度是否低于第一加热温度阈值。电池管理器检测车内电池组的温度，若电池组温度高于第一加热温度阈值，则电池组不需要加热，返回上一步骤S802；若低于第一加热温度阈值，则需要检测电池组的电量，执行步骤S804。

步骤S804：电池管理器计算电池组的剩余电量是否高于行车电量阈值。如果是，则执行下一步骤S806；如果否，则执行步骤S805。

步骤S805：电池管理器发送信息给仪表显示电池组的剩余电量过低，整车不允许加热、行驶和充电。

步骤S806：加热前电池加热器自检是否有故障。若无故障，则加热正常进行，执行步骤S808；若有故障，执行步骤S807。

步骤S807：电池加热器故障，整车不允许加热、行驶和充电。

步骤S808：对电池组加热。加热过程中，还需执行步骤S812。

步骤S809：电池管理器根据油门深度报文，判断是否油门深度瞬间变化达到预设阈值。如果是，则执行步骤S810；如果否，则执行步骤S812。

步骤S810：电池加热器停止工作，电池组只给整车行驶和车用电器供电。

步骤S811：检查整车上坡或者急加速是否结束。如果是，则执行步骤S808；如果否，则执行步骤S810。也就是说，如果电动汽车的当前油门深度变化速率低于预设阈值时，例如整车上坡或者急加速结束，电池管理器则控制电池加热器继续对电池组进行加热。

步骤S812：加热过程中电池加热器自检是否有故障。若无故障，则加热正常进行，执行步骤S814；若有故障，执行步骤S813。

步骤S813：电池加热器故障，整车不允许加热、行驶和充电。

步骤S814：加热是否完成。若完成，则发送CAN报文给电池加热器，电池加热器停止工作，执行步骤S815；若没完成，执行步骤S808。

步骤S815：加热结束。

在本发明的一个示例中，如图8所示，第一加热温度阈值可以为-10℃，行车电量阈值可以为电池组总电量的30%。

在本发明的一个实施例中，如图9所示，进一步地，电动汽车的电池加热方法包括以下步骤：

步骤S901：整车上ON电。

步骤S902：检测电池组的温度和剩余电量。

步骤S903：电池管理器控制吸合预充接触器，待预充完成，吸合主接触器。整车按正常策略行驶。具体地说，电池管理器控制配电箱中的预充接触器闭合为预充电容充电，并在预充电容充电之后关断预充接触器。

步骤S904：电池组温度是否低于第一加热温度阈值。如果是，执行步骤S905；如果否，则执行步骤S903。

步骤S905：电池管理器计算电量是否高于行车电量阈值。如果是，则执行步骤S907；如果否，则执行步骤S906。

步骤S906：电池管理器发送信息给仪表显示电池组电量过低，整车不允许加热、行驶和充电。

步骤S907：用户确认是否需要加热。如果是，则执行步骤S909；如果否，则执行步骤S908。

步骤S908：电池管理器发送信息给仪表显示用户不允许加热，整车不允许加热、行驶和充电。

步骤S909：加热前电池加热器自检是否存在故障。如果是，则执行步骤S910；如果否，则执行步骤S911。

步骤S910：电池管理器停止给电池加热器提供电源和发送报文，发信息给仪表显示“加热系统故障”，整车不允许加热、行驶和充电。

步骤S911：电池管理器发送加热信号给电池加热器，开始加热。

步骤S912：电池管理器控制吸合预充接触器，待预充完成，吸合主接触器后，进入整车加热，加热系统一直检测自身状态。具体地说，电池管理器接收电动汽车的驾驶员输入的启动指令，计算电池组的当前温度和剩余电量，并计算电池组的最大允许输出功率以及根据最大允许输出功率控制电动汽车限功率行驶。

步骤S913：电池管理器根据油门深度报文，判断是否油门深度瞬间变化达到预设阈值。如果是，则执行步骤S914；如果否，则执行步骤S916。

步骤S914：电池加热器停止工作，电池组只给整车行驶和车用电器供电。

步骤S915：检查整车上坡或者急加速是否结束。如果是，则执行步骤S912；如果否，则执行步骤S914。

步骤S916：用户是否按下加热按钮，并保持预设时间阈值，例如2秒。如果是，则执行步骤S917；如果否，则执行步骤S918。

步骤S917：电池管理器发送信息给仪表显示用户停止加热，整车不允许加热、行驶和充电。

步骤S918：加热过程中加热系统是否故障。如果是，则执行步骤S919；如果否，则执行步骤S920。

步骤S919：电池加热器停止工作，仪表显示报警。整车不允许加热、行驶和充电。

步骤S920：电池组温度是否高于第一加热温度阈值。如果是，则执行步骤S923；如果否，则执行步骤S921。

步骤S921：单节电池温度是否高于第二加热温度阈值。如果是，则执行步骤S923；如果否，则执行步骤S922。

步骤S922：是否持续加热超过加热时间阈值。如果是，则执行步骤S923；如果否，则执行步骤S912。

步骤S923：加热完成，电池加热器停止工作。

在本发明的一个示例中，第一加热温度阈值可以为-10℃，第二加热温度阈值可以为20℃，加热时间阈值可以为20分钟。

综上所述，具体地说，整车上ON电后，电池管理器开始工作，检测电池组的温度和配电箱内主接触器的通断情况。电池组的温度为电池组的平均温度，电池管理器通过电池信息采集器对电池组内的每个电池模组的温度进行采样，采集电池组内每节电池的温度值，计算出电池组内电池组的平均温度。如果电池组温度低于第一加热温度阈值，且电池组剩余电量高于停车电量阈值，同时用户按下加热按钮，并保持2秒，则电池管理器通过CAN线向电池加热器发送报文，允许整车加热。在行车加热开始之前，也就是电机工作之前，电池管理器发送控制信号给配电箱，控制预充接触器吸合，使电池组给预充电容C2充电，当预充电容电压接近电池组电压后，才允许电机工作。

其中，加热按钮设置在仪表盘上，作为用户控制电池加热器的开关。按下此按钮则允许电池加热器工作，前提是满足电池组的温度低于第一加热温度阈值，且电池组的剩余电量高于停车电量阈值这两个条件；若再按一次此按钮，并保持2秒，则电池加热器强制停止工作。

配电箱主接触器位于配电箱内部，用于通断电机控制器的供电。若剩余电量高于行车电量阈值，则电池管理器发送控制信号到配电箱，控制主接触器吸合，允许电机工作。电机控制器通过驱动电路把电池组提供的直流电逆变成电机所需的三相交流电，给电机供电，并允许整车限功率行驶。

预充接触器也位于配电箱内部，与预充电容C2串联。特别地，在电机工作之前对预充电容C2充电，是因为：

1.预充过程可避免电流冲击，防止主接触器吸合时烧结。在预充电容与预充接触器之间串联一个限流电阻，当预充完成后，电池管理器控制主接触器吸合，然后断开预充接触器。

2.电机在刚启动的短时间内启动电流较大，会拉低整个电池组的电压，因此先给预充电容C2充电，使其电压与电池组电压相近，再启动电机。由于电容电压瞬间不能突变，故将其与电机并联在一起，减少电机启动对电池组电压的影响。

电池加热器在接收到由电池管理器发送过来的允许加热信号后，开始对自身系统进行自检，开始自检是否存在系统故障。在本发明的一个示例中，电池加热器发送1个0.5毫秒的单脉冲验证电池加热器是否存在故障。如电池加热器未发现故障，则电池加热器发出控制脉冲（例如周期为20毫秒，20%占空比）控制内部开关模块电路，使电池组短时间短路，达到给电池组加热的目的，同时电池加热器发送CAN信号给仪表，仪表接收到该信号后，仪表显示“动力电池加热中”。

在电池组加热的过程中，电池管理器和电池加热器分别一直检测电池组状态，正常情况下如果检测到电池组的温度高于第一加热温度阈值，或持续加热时间超过加热时间阈值，或最高单节电池温度高于第二加热温度阈值，则电池加热器停止发送脉冲控制信号给开关模块，停止对电池组进行加热。电池加热器发送CAN信号给仪表，仪表接收到该信号后显示“加热完成”，此时整车电池组加热过程结束。在本发明的一个示例中，作为优选，为了防止加热程序重复启动，在电池组加热过程中，检测到电池组温度高于第一加热温度阈值5℃时，停止对电池组进行加热。

正常无故障状况下的工作流程如上描述。

如果电池管理器检测到的电池组温度高于第一加热温度阈值，则电池管理器按照常温下整车的启动策略工作；如果电池组温度低于第一加热温度阈值，且电池剩余电量低于停车电量阈值，主接触器处于不吸合状态，则电池管理器发送CAN信号给电池加热器和仪表，不允许电池组加热，当仪表接收到该信号后显示“电池组剩余电量不足”，此时整车不允许加热、行驶和充电。

在电池加热器自检过程中若出现电池加热器故障、欠压保护、过压保护、过热保护、脉宽间隔及最大导通时间保护中的任何一项，则不允许给电池组加热，电池加热器发送故障信号，仪表接收到该信号则显示“加热系统故障”，此时不允许加热。

在电池加热器给电池组加热过程中出现电池加热器故障、欠压保护、过压保护、过热保护、脉宽间隔及最大导通时间保护中的任何一项，则电池加热器停止给电池组加热，并发送故障信号，仪表接收到该信号则显示“加热系统故障”，此次电池组加热中止。

在本发明的一个示例中，对于上述提及的故障类型，进一步地，电池加热器内部做出的防护电路有如下描述：

1）故障复位电路。当有故障信号，IGBT截止，内部ERROR（故障）引脚为低电平，通过光耦将故障信号输出，引脚ERROUT（故障输出）为低电平。若想解除保护状态，PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）波应保持为高电平2秒，复位故障信号，电路恢复正常工作状态。如果2秒不能复位，则说明电路产生了永久故障，不能正常工作。

2）脉宽间隔和最大导通时间保护。为保证电池加热器内部IGBT放电模块正常工作，由DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）发出的脉冲频率不能太快，脉宽时间也不能太长。例如，脉冲宽度最大可以为5毫秒，间隔最小可以为7-10毫秒，否则有故障信号输出。

3）二次电源产生。在本发明的一个示例中，电池加热器内部IGBT驱动采用直流-直流隔离电源，门极正偏压的电压推荐值可以为+15V，负偏压可以为-7V。负偏压可加速关断IGBT，并防止浪涌电流过大而导致IGBT误导通。

4）欠压保护。欠压保护电路主要是为了防止由于驱动电压不足造成的电池加热器内部IGBT功耗增加等问题。当电池加热器内部控制电路电源电压下降到第一电压阈值时，出现欠压保护。在本发明的一个示例中，第一电压阈值可以为9V。

5）过温保护。过热保护电路可以防止温度过高造成对IGBT的损伤，主要是通过热敏电阻进行温度采样，当模块底板温度高于安全温度阈值时出现过热保护。该电路还可以用于检测热敏电阻是否开路，当热敏电阻开路时，等效该电阻无穷大，输出保护信号。在本发明的一个示例中，安全温度阈值可以为85℃。

6）过压保护。由于放电回路通常存在较大的电感，在IGBT关断时，集电极会激发出很高电压，因此在IGBT的集电极和发射极间并联了高压电容。过压保护模块主要是防止IGBT在关断时集电极瞬间电压过高，造成IGBT过压而烧坏，当集电极电压超过第二电压阈值时，输出保护信号。在本发明的一个示例中，第二电压阈值可以为800V。

在加热系统加热过程中，如果用户突然按下加热按钮，并保持2秒，则电池加热器停止对电池组加热，不允许对电池组进行充电，也不允许汽车行驶。

根据本发明实施例的电动汽车的电池加热方法，能够使纯电动汽车不依靠外部电源而实现对电池组的加热，使电池组温度上升到所需温度，再按照正常的放电和充电策略使用电池组，大大降低了电动汽车在低温环境使用的限制，能满足客户在低温时行车和充电要求。此外，本发明实施例的方法通过采样电动汽车的油门深度变化速率，判断电池组的输出功率是否过大，从而在电池组的输出功率过大时停止对电池组加热，由此避免电池组的电量过放，提高了电池组使用寿命且保证了电动汽车的动力性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (18)

1.一种电动汽车的动力系统，其特征在于，包括：

电池组；

电池加热器，所述电池加热器与所述电池组相连，且所述电池加热器被构造成为对所述电池组进行充放电以对所述电池组进行加热；

电池管理器，所述电池管理器分别与所述电池组和所述电池加热器相连，用于在所述电池组的温度低于第一加热温度阈值且所述电池组的剩余电量高于行车电量阈值之后，控制所述电池加热器为所述电池组加热，并实时地获取所述电动汽车的当前油门深度变化速率，以及在所述当前油门深度变化速率达到了预设阈值之后，控制所述电池加热器停止对所述电池组进行加热；

配电箱，所述配电箱用于对所述电池组输出的电压进行分配；

电机；

电机控制器，所述电机控制器分别与所述电机和所述配电箱相连，且所述电机控制器具有第一输入端、第二输入端、和连接在所述第一输入端和第二输入端之间的预充电容，所述电机控制器用于根据控制指令和所述配电箱分配的电压为所述电机供电；以及

隔离电感，所述隔离电感连接在所述电池组和所述配电箱之间，且所述隔离电感的电感与所述电机控制器的所述预充电容匹配。

2.如权利要求1所述的电动汽车的动力系统，其特征在于，所述隔离电感的电感值L根据以下公式确定：

其中，T为所述电机的等效负载工作周期，C为所述预充电容的电容值。

3.如权利要求1所述的电动汽车的动力系统，其特征在于，所述电池加热器进行故障自检后将检测结果发送至所述电池管理器。

4.如权利要求1所述的电动汽车的动力系统，其特征在于，所述电池加热器进一步包括：

第一开关模块，所述第一开关模块的一端分别与所述电池组的第一电极和所述隔离电感相连；

第一电容，所述第一电容的一端与所述第一开关模块的另一端相连，且所述第一电容的另一端与所述电池组的第二电极相连；

第一电感，所述第一电感的一端与所述第一开关模块和所述第一电容之间的节点相连；

第二开关模块，所述第二开关模块的一端与所述第一电感的另一端相连，且所述第二开关模块的另一端与所述电池组的第二电极相连，所述第一开关模块和第二开关模块的控制端均与所述电池管理器相连，在对所述电池组加热时，所述电池管理器发送信号给所述电池加热器，所述电池加热器控制所述第一开关模块和第二开关模块依次导通以在所述电池组中依次产生充电电流和放电电流，且在所述第一开关模块导通时所述第二开关模块关闭，在所述第二开关模块导通时所述第一开关模块关闭。

5.如权利要求4所述的电动汽车的动力系统，其特征在于，所述电池加热器还包括：

冷却组件，用于对所述电池加热器中的第一开关模块和第二开关模块进行冷却。

6.如权利要求5所述的电动汽车的动力系统，其特征在于，所述冷却组件进一步包括：

设置在所述电池加热器中的风道；以及

设置在所述风道一端的风扇。

7.如权利要求5所述的电动汽车的动力系统，其特征在于，所述冷却组件进一步包括：

设置在所述电池加热器中的冷却液通道；以及

设置在所述电池加热器上的冷却液进口和冷却液出口。

8.如权利要求1所述的电动汽车的动力系统，其特征在于，所述电池加热器还包括：

动力接插件，用于连接并固定与所述电池组相连的动力线。

9.如权利要求1所述的电动汽车的动力系统，其特征在于，所述电池管理器还进一步用于判断所述电动汽车的当前油门深度变化速率低于所述预设阈值时，控制所述电池加热器继续对所述电池组加热。

10.如权利要求1所述的电动汽车的动力系统，其特征在于，所述配电箱进一步包括：

主接触器，所述主接触器用于在所述电池管理器的控制下将所述配电箱的输出电压分配至所述电动汽车的用电设备；以及

预充接触器，所述预充接触器与所述电机控制器的第一输入端和第二输入端其中之一相连，所述预充接触器用于在所述电池管理器的控制下，在所述电机控制器控制所述电机启动之前为所述预充电容充电。

11.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的电动汽车的动力系统。

12.一种如权利要求1-11任一项所述电动汽车的电池加热方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测所述电池组的温度和所述电池组的剩余电量；

如果所述电池组的温度低于第一加热温度阈值且所述电池组的剩余电量高于行车电量阈值，则所述电池管理器控制所述电池加热器为所述电池组加热，并实时地获取所述电动汽车的当前油门深度变化速率，以及在所述当前油门深度变化速率达到了预设阈值之后，控制所述电池加热器停止对所述电池组进行加热；

如果所述电池组的温度低于所述第一加热温度阈值且所述电池组的剩余电量低于所述行车电量阈值，则所述电池管理器发出禁止所述电动汽车加热、行驶或充电的提示；以及

如果所述电池组的温度高于所述第一加热温度阈值，则所述电池管理器控制所述配电箱中的主接触器闭合。

13.如权利要求12所述的电动汽车的电池加热方法，其特征在于，在所述电池管理器控制所述电池加热器为所述电池组加热之前，还包括：

所述电池管理器控制所述配电箱中的预充接触器闭合为所述预充电容充电，并在所述预充电容充电之后关断所述预充接触器。

14.如权利要求12所述的电动汽车的电池加热方法，其特征在于，还包括：

所述电池加热器进行故障自检后将检测结果发送至所述电池管理器，并在所述电池加热器出现故障时所述电池管理器发出禁止所述电动汽车加热、行驶或充电的提示。

15.如权利要求12所述的电动汽车的电池加热方法，其特征在于，在所述电池管理器控制所述电池加热器为所述电池组加热之前，还包括：

判断是否接收到所述电动汽车的驾驶员输入的加热指令；

如果接收到所述加热指令，则所述电池管理器控制所述电池加热器为所述电池组加热；以及

如果未接收到所述加热指令，则所述电池管理器发出禁止所述电动汽车加热、行驶或充电的提示。

16.如权利要求12所述的电动汽车的电池加热方法，其特征在于，在所述电池管理器控制所述电池加热器为所述电池组加热之后，还包括：

所述电池管理器接收所述电动汽车的驾驶员输入的启动指令；

所述电池管理器计算所述电池组的当前温度和剩余电量，并计算所述电池组的最大允许输出功率；以及

根据所述最大允许输出功率控制所述电动汽车限功率行驶。

17.如权利要求12所述的电动汽车的电池加热方法，其特征在于，在所述电池管理器控制所述电池加热器为所述电池组加热之后，还包括：

在驾驶员再次按下加热按钮之后，并满足预设时间阈值，所述电池管理器发出禁止所述电动汽车加热、行驶或充电的提示。

18.如权利要求12所述的电动汽车的电池加热方法，其特征在于，当以下条件的任一项满足时，所述电池管理器控制所述电池加热器停止加热，

所述电池组温度高于所述第一加热温度阈值；

所述电池组内任一个单节电池的温度高于第二加热温度阈值，所述第二加热温度阈值高于所述第一加热温度阈值；或

所述电池加热器的持续加热时间高于加热时间阈值。

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